무료 양자 화학 계산 소프트웨어 프로그램은 어떤 것이 좋은가?

2019/9/19

양자화학 계산 소프트 프로그램으로 유명 & 압도적 점유율이 있는 것은 Gaussian라고 생각합니다만, 가볍게 수백만엔합니다.보다 저렴한 것도 수십만엔~이라는 세계.자신과 같은 아마추어가 흥미 본위로 시작하기에는 문턱이 너무 높습니다.

양자화학 계산, 특히 DFT(밀도 범함수 이론) 계산을 할 수 있는 무료 소프트 프로그램에 대해 조사했습니다.

양자 화학 계산 소프트웨어 프로그램 목록

Wikipedia에서소프트웨어 목록를 살펴보면 무료로도 많은 것이 있다는 것을 알 수 있습니다.또한 조금 오래되었지만 아래 페이지에서 "Gaussian의 대체 추천 소프트웨어'에 대한 질문도있었습니다.그 중 오픈 소스의 무료 소프트웨어로 신경이 쓰인 다음 것에 대해 정리합니다.

GAMESS, Firefly

아래 4 개와 달리 GUI 소프트웨어.

GAMESS (US)와 Firefly의 차이점은 무엇입니까?의 해설을 알기 쉬웠다.

퀀텀 에스프레소

QUANTUM ESPRESSO는 전자 구조 계산 및 나노 스케일 재료 설계를위한 오픈 소스 코드 통합 패키지입니다.밀도 범함수법, 평면파 근사 모델, 의사 포텐셜 모델에 기초한 계산이 가능합니다.또한, 기저 상태 계산, 구조 최적화, 전이 상태 및 최소 에너지 경로, 비경험 분자 동역학, 반응 특성, 광학 특성, 양자 전이 등의 계산이 가능하다.

교토 대학 화학 연구소 슈퍼 컴퓨터 시스템

공식 문서가 충실하고, 토호쿠 대학의 연구실 (이학 연구과) 작성일본어 튜토리얼도 있다.

무료 프로그램 가운데 가장 유력파인지 학술논문에서의 사용도 많아, 기능·속도 모두 상용소프트에 필적한다고 평판이 있었다.결정 구조의 최적화 등 고체 재료계의 분야에서 강하다.내부의 언어는 fortan으로, GPU(CUDA)로의 병렬화가 가능.

NWChem

대규모 계산 화학 문제를 효율적으로 처리하기 위한 프로그램.수천 프로세서 레벨까지 병렬화할 수 있는 것 같다.내부는 fortan으로 쓰여져 GPU (CUDA)에서 병렬화가 가능.그 초병렬 계산을 살려, 천이 상태나 대규모 분자의 시뮬레이션에 강점.

psi4

파이썬 인터페이스에서 계산을 실행할 수 있으므로 코드가 읽기 쉽고 프로그래밍을 시작한지 ​​얼마 안 돼서 파이썬 사용자에게 기쁩니다.계산 속도가 필요한 부분은 C++로 쓰여져 있지만 GPU acceleration은 없다.

대신,양자화학 계산을 양자 컴퓨터에서 실행할 수 있도록 브릿지하는 플러그인 「OpenFermion(Google)」와 협력 할 수 있습니다.양자 계산 프레임워크 "Qiskit(IBM)"와 연동하고 있거나한다. (양자 화학 계산이나 조합 최적화 문제 등은 양자 컴퓨터에 의해 고속화의 혜택을 받을 수 있다고 한다)

어느 것이 빠른가

Github에 유치한 사람들이 실시한 Quantum Chemistry Speed ​​Test가 있었다.

4년 이상 전의 결과 위, 실행 환경·병렬화 이용의 유무·내부의 BLAS등의 요인으로 현재와는 다를지도 모릅니다만, 계산의 속도는 NWchem > Firefly > GAMESS > Psi4 라고 하는 느낌입니다 .

각 양자화학 계산 프로그램의 문헌수, 인용수

각 프로그램의 문헌수를 조사해 보았다.히트수는 오히트도 있을지도 모르기 때문에 참고까지. Gaussian은 버전 03, 09, 16 등 여러가지 때문에 실제로는 더 많아집니다.

이상 여러가지 비교해 보았습니다만, 어느 소프트를 사용하는지 최우선 조건은 「자신이 하고 싶은 계산을 할 수 있을까」로 선택해야 한다고 생각했습니다.단순히 양자화학 계산이라고 해도 유기 화합물로부터 단백질·고체 재료 등 분야는 넓고, 각각에서 사용해야 할 이론도 달라집니다(저~중분자의 유기 화합물에 대해서 B3LYP/6-31G(d) 레벨로 계산할 정도라면 어느 소프트웨어라도 할 수 있을 것 같았지만)

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